...| diSUMO光親和探針——高效識別多聚SUMO鏈特異性結合蛋白

2020-12-08 澎湃新聞

以下文章來源於CCSChemistry ，作者CCS Chemistry

CCSChemistry

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合肥工業大學李宜明課題組使用基於醯肼的四片段連接策略首次合成了diSUMO光交聯探針，該探針有著顯著不同於mono-SUMO光交聯探針捕獲結合蛋白的能力。組學研究發現了包括RPS3一系列新的多聚SUMO鏈的結合蛋白，這些蛋白有望成為潛在的抗癌藥物靶標。

小類泛素修飾劑（small ubiquitin-like modifier，SUMO）是一種可以通過異肽鍵修飾其它蛋白質的小分子多肽，是在動物中發現的類似於泛素的蛋白質修飾方式，從酵母到人等各種真核細胞都發現其修飾的底物蛋白。小泛素樣修飾（SUMOylation）作為類泛素修飾的一種，可調控多種細胞過程，例如核轉運、穩定蛋白質和修復損傷DNA等。SUMO具有三種亞型：SUMO-1，-2和-3，通常這些中只有一個在單個位置上附著於底物蛋白（monoSUMOylation）。最近研究發現，SUMO-2和-3可以形成Lys11類型的多聚SUMO鏈，通過與特定的蛋白發生相互作用，發揮截然不同於單SUMOylation的生理調控功能。例如，多聚SUMO修飾的早幼粒細胞白血病蛋白（PML）會被泛素連接酶RNF4識別並隨後被蛋白酶降解，該過程對於用砷治療急性早幼粒細胞白血病至關重要。

新的多聚SUMO鏈特異性相互作用蛋白的發現有望加深我們對多聚SUMOylation過程的調控機制的理解。然而，由於SUMO鏈與效應蛋白的結合能力較弱，傳統使用天然蛋白質探針進行pull-down的方法並不適用。針對此，合肥工業大學李宜明課題組發展了首例diSUMO光親和探針，並將該探針與蛋白質組學結合，成功實現了SUMO鏈的特異性結合蛋白的篩查。

作者首先使用基於醯肼的四片段連接策略合成了天然的diSUMO pull-down探針。然而由於SUMO鏈和其特異性結合蛋白的相互作用較弱，該探針即使在較高的濃度條件下也很難捕獲到結合蛋白RNF4。為了有效的捕獲這種弱相互作用，作者將光交聯基團二苯甲酮（Bpa）引入至SUMO的序列中，並使用上述的四片段策略高效合成了diSUMO光交聯探針-diSUMOBpa（圖1a）。diSUMOBpa探針可以在體外以及細胞裂解液的複雜環境中在較低的濃度下捕獲RNF4，且存在大量天然SUMO鏈情況下也很難被幹擾（圖1b，1c）。值得注意的是，將RNF4中SUMO結合域的關鍵胺基酸突變後，其就不能被diSUMOBpa探針捕獲，表明探針和RNF4結合是特異性的。

圖1

在確定diSUMOBpa探針的有效性後，結合蛋白質組學技術，作者利用該探針在細胞核裂解液中對SUMO鏈的特異性結合蛋白進行篩選，並使用monoSUMOBpa探針作為對照（圖2a）。組學分析發現了24個高置信的蛋白更傾向與diSUMOBpa探針結合。這其中19個蛋白含有SUMO結合域，4個蛋白與SUMO化過程相關（圖2b）。隨後作者選取核糖體蛋白RPS3進行驗證。發現 RPS3和diSUMO以及tetraSUMO的結合力約為mono-SUMO的20倍（圖2c-e），從而初步證明了RPS3是新的多聚SUMO鏈特異性結合蛋白。

圖2

SUMO化除了在動物細胞中扮演著重要角色外，還在植物發育和抵抗各種生存壓力（如乾旱和病原體）中至關重要，但目前對其結合植物蛋白的了解卻仍是空白。作者還使用上述四片段連接策略合成了擬南芥源的diSUMO光交聯探針，該探針有望對了解植物中SUMO結合蛋白提供幫助。

此項研究得到了國家自然科學基金「生物大分子動態修飾與化學幹預」重大研究計劃以及合肥工業大學創新科研計劃的資助。該工作以research article的形式發表在CCS Chemistry，並在官「Just Published」欄目上線。

文章詳情：

Chemical Synthesis of diSUMO Photoaffinity Probes for the Identification of PolySUMO Chain-Specific Interacting Proteins

Yu Wang, Chenchen Chen , Xianbin Meng , Jian Fan, Man Pan , Jingnan Chen , Haiteng Deng , Jing Shi *, Lei Liu & Yi-Ming Li *

Citation：CCS Chem. 2020, 2, 1157–1168

文章連結：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000282

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